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Fe-Si-B非晶态合金热膨胀、弯曲流变及腐蚀行为的研究

作　者: 苏超
导　师: 牛玉超
学　校: 山东建筑大学
专　业: 材料学
关键词: 非晶态合金热膨胀自由体积弯曲流变腐蚀电流密度
分类号: TG139.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

本文利用差示扫描量热仪(DSC)、热膨胀仪(DIL)、弯曲流变装置、电化学工作站等仪器,较为系统地研究了Fe-Si-B非晶态合金热膨胀、弯曲流变及其退火试样的腐蚀行为。为研究Fe-Si-B非晶态合金的热膨胀,利用DSC分析Fe78Si9B13和Fe73.5Nb3Cu1Si13.5B非晶条带的结构变化,采用热膨胀仪分别测量不同加热速率下这两种Fe-Si-B非晶条带及其退火晶化条带、Q195和紫铜的△L/Lo(长度相对变化率)。结果显示：温度低于450℃时,加热速率越小,Fe-Si-B非晶条带的△L/L0越大；Fe78Si9B13和Fe73.5Nb3Cu1Si13.5B9非晶条带的热膨胀系数曲线在温度分别为430℃左右和320℃左右出现拐点；与Fe78Si9B13非晶条带相比,Fe73.5Nb3Cu1Si13.5B9非晶条带热膨胀系数曲线的拐点向低温转变；FeSiB成分非晶条带添加Cu元素后的△L/L0增大；随加热速度的减小,Fe-Si-B退火晶化条带的△L/L0也减小；与Fe78Si9B13退火晶化条带相比,Fe73.5Nb3Cu1Si13.5B9退火晶化条带的△L/L0-T曲线斜率较大。分析认为：加热速率对Fe-Si-B非晶条带△L/L0的影响与自由体积有关,加热速率越小,非晶条带内自由体积湮灭的越多,热膨胀的体积被自由体积抵消的越少,△L/L0越大；α-Fe晶粒的形核导致Fe-Si-B非晶条带的热膨胀系数曲线出现拐点；与Fe78Si9B13非晶条带相比,Fe73.5Nb3Cu1Si13.5B9非晶条带中Cu作为a-Fe晶粒的异质结晶核心将加速a-Fe晶粒的形核,使其热膨胀系数曲线的拐点向低温转变；由于Cu几乎不溶解于铁基体,导致Fe73.5Nb3Cu1Si13.5B9非晶条带在制备和退火的两个过程不同于Fe78Si9B13非晶条带,使Fe73.5Nb3Cu1Si13.5B9条带内自由体积数量减少,自由体积抵消热膨胀体积的作用减弱,其△L/L0较大；加热速度较小时,Fe-Si-B退火晶化条带内缺陷附近的原子有充足时间扩散到合适位置,使体积处在紧密和优化的状态,△L/L0较小；与Fe78Si9B13退火晶化条带相比,Fe73.5Nb3Cu1Si13.5B9退火晶化条带包含更多的晶界,晶界上原子排列无序且附近包含更多的缺陷,易于热膨胀,其△L/L0-T曲线的斜率较大。为研究Fe-Si-B非晶态合金的弯曲流变,采用等载荷弯曲流变装置分别测量不同退火条件后Fe78Si9B13和Fe73.5Nb3Cu1Si13.5B9条带环的有载变化率和无载变化率(本文第四章中已定义)以及弯曲条带的弯曲半径。结果显示：相同退火条件下Fe-Si-B反面弯曲条带的弯曲半径大于正面弯曲条带的弯曲半径；最终退火温度越高,加热速度越小,保温时间越长,载荷重量越大,Fe-Si-B条带环的有载变化率和无载变化率呈增大的趋势,弯曲条带的弯曲半径呈减小的趋势,而FeSiB成分非晶条带添加Nb和Cu元素后,与上述趋势相反。分析认为：Fe-Si-B非晶条带自由面和冷却面内自由体积数量不同、自由面或冷却面处在受拉区还是受压区引起自由体积再分配方式不同,导致正面和反面弯曲条带的弯曲半径不同；由于FeSiB成分非晶条带添加Nb和Cu元素后自由体积数量减少,且Fe73.5Nb3Cu1Si13.5B9非晶条带退火过程中形成的Cu团簇可能对条带环的弯曲流变产生阻碍作用,从而导致其条带环的有载、无载变化率比Fe78Si9B13条带环的小,而其弯曲条带(两侧)的弯曲半径比Fe78Si9B13弯曲条带(两侧)的大。为研究Fe-Si-B非晶态合金的腐蚀行为,采用全浸泡和电化学腐蚀法分别测量Fe78Si9B13和Fe73.5Nb3Cu1Si13.5B9退火条带的失重率和腐蚀电流密度。结果显示：随最终退火温度的升高(室温-450℃),Fe78Si9B13退火条带的失重率先基本不变,然后减小,再增大,而Fe73.5Nb3Cu1Si13.5B9退火条带的失重率先基本不变,然后增大,再减小,并且这两种Fe-Si-B退火条带失重率的变化规律分别与其对应腐蚀电流密度的变化规律相吻合；相同退火条件下Fe-Si-B退火条带自由面和冷却面的耐腐蚀性能有所不同；随最终退火温度的升高(室温-450℃),出现Fe78Si9B13退火条带的失重率比Fe73.5Nb3Cu1Si13.5B9退火条带的先大,然后小,再大的现象；考虑腐蚀电流密度时,相同退火条件下Fe73.5Nb3Cu1Si13.5B9退火条带的耐腐蚀性能比Fe78Si9B13退火条带的好。分析认为：不同的最终退火温度导致Fe-Si-B退火条带的失重率不同,这与退火条带的结构弛豫、a-Fe晶粒形核、纳米晶等因素有关；FeSiB成分非晶条带添加第二、第三金属元素(Nb、Cu)将增强退火条带的耐腐蚀性能。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-11
第1章绪论  11-21
  1.1 引言  11
  1.2 非晶态合金的概述  11-15
    1.2.1 非晶态合金的发展历史  11-12
    1.2.2 非晶态合金的制备方法  12-14
    1.2.3 Fe-基非晶态合金的发展状况  14-15
  1.3 非晶态合金结构弛豫及热膨胀的研究进展  15-16
  1.4 非晶态合金弯曲流变的研究进展  16-18
  1.5 非晶态合金耐腐蚀性的研究进展  18-19
  1.6 本文的研究目的、研究内容及创新点  19-21
第2章实验方法  21-23
  2.1 技术路线及研究方案  21
  2.2 实验材料  21-22
  2.3 差示扫描量热分析  22
  2.4 热膨胀测试  22
  2.5 非晶态合金的退火  22
  2.6 电化学腐蚀  22-23
第3章 Fe-Si-B非晶态合金的热膨胀  23-30
  3.1 实验步骤  23
  3.2 Fe-Si-B非晶态合金的DSC分析  23-24
  3.3 Fe-Si-B非晶态合金的热膨胀曲线分析  24-26
  3.4 加热速度对Fe-Si-B退火晶化合金热膨胀的影响  26-27
  3.5 成分对Fe-Si-B退火晶化合金热膨胀的影响  27-28
  3.6 Fe-Si-B非晶态合金和其退火晶化合金的热膨胀曲线对比分析  28
  3.7 本章小结  28-30
第4章 Fe-Si-B非晶态合金的弯曲流变  30-51
  4.1 实验步骤  30-35
  4.2 最终退火温度对Fe-Si-B非晶条带环弯曲流变的影响  35-37
  4.3 加热速度对Fe-Si-B非晶条带环弯曲流变的影响  37-39
  4.4 成分对Fe-Si-B非晶条带环弯曲流变的影响  39-43
  4.5 正面和反面不同时对Fe-Si-B非晶条带环弯曲流变的影响  43-45
  4.6 保温时间对Fe-Si-B非晶条带环弯曲流变的影响  45-47
  4.7 预退火温度对Fe-Si-B非晶条带环弯曲流变的影响  47-49
  4.8 弯曲应力(载荷)对Fe-Si-B非晶条带环弯曲流变的影响  49
  4.9 本章小结  49-51
第5章 Fe-Si-B非晶态合金的腐蚀行为  51-72
  5.1 实验步骤  51-54
    5.1.1 全浸泡腐蚀法  51-52
    5.1.2 电化学腐蚀法  52-54
  5.2 最终退火温度对Fe-Si-B退火非晶态合金耐腐蚀性能的影响  54-60
  5.3 加热速度对Fe-Si-B退火非晶态合金耐腐蚀性能的影响  60-61
  5.4 成分对Fe-Si-B退火非晶态合金耐腐蚀性能的影响  61-68
  5.5 正面和反面不同时对Fe-Si-B退火非晶态合金耐腐蚀性能的影响  68-70
  5.6 本章小结  70-72
第6章结论  72-74
参考文献  74-82
后记  82-83
攻读硕士学位期间论文发表及获奖情况  83

Fe-Si-B非晶态合金热膨胀、弯曲流变及腐蚀行为的研究

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